Institut für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik · Kurzfassun Der SWR600/1000 ist ein neues innovatives Siedewasserreaktorkonzept, das von der Siemens AG entwickelt wird. Dieses

Institut für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik

A. Schaffrath H. Jaegers

Berichte des Forschungszentrums JlÜlich ; 3167 ISSN 0944-2952 Institut für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik Jül-3167

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Allgemeine Beschreibung des NOKO ... Versuchsstandes

A. Schaffrath 1) H. Jaegers2)

1) Ruhr-Universität Bochum, Professur für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik, 44780 Bochum 2) Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik, 52425 Jülich

Abstract

The BWR600/1000 isa new innovative boiling water reactor concept wh ich

is being developed by Siemens. The concept is characterized in particular

by passive safety systems (Le. four emergency condensers, four building

condensers, eight passive pressure pulse transmitters, six gravity-driven

core flooding lines, eight rupture disks arranged in parallel to the relief

valves and two scram systems).

For experimental investigations of the effectiveness of the emergency con-

denser the NOKO test facility has been constructed at the Forschungszen-

trum Jülich (KFA) GmbH. This project is sponsored by the BMBF and Ger-

man Utilities.

The NOKO test facility has an operating pressure of 7.2 MPa and a maxi-

mum power of 4 MW for steam production. The emergency condenser con-

sists of eight tubes and is fabricated with original geometries and materials

of the BWR600/1000.

After finishing the emergency condenser test series several other compo-

nentes (e.g. building condensers and passive press ure pulse transmitters of

the BWR600/1000) shall be tested in the NOKO test facility. Due to the

multi-purpose design of the NOKO test facility only few reconstructions are

necessary for other designs.

Kurzfassun

Der SWR600/1000 ist ein neues innovatives Siedewasserreaktorkonzept,

das von der Siemens AG entwickelt wird. Dieses Konzept ist charakterisiert

durch die Ergänzung der in den bestehenden Anlagen verwendeten aktiven

Sicherheitssysteme durch passive Sicherheitssysteme (z.B. vier Notkonden-

satoren, vier Gebäudekondensatoren, acht passive Impulsgeber, sechs

Flutleitungen, acht Berstmembrane und zwei Abschaltsysteme).

Zur Bestimmung der Notkondensatorleistung wurde von der Forschungszen-

trum Jülich (KFA) GmbH in Kooperation mit der Siemens AG (Bereich Ener-

gieerzeugung) und mit finanzieller Unterstützung des Bundesministeriums

für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie und einigen Ener-

gieversorgungsunternehmen der NOKO-Versuchsstand aufgebaut.

Der NOKO-Versuchsstand kann bei Drücken bis zu 7.2 MPa betrieben wer-

den. Der Elektrokessel, mit dem der Dampf erzeugt wird, besitzt eine max.

Leistung von 4 MW. Im NOKO-Versuchsstand wird ein Originalausschnitt

(gleiche Geometrie, gleicher Werkstoff) des Notkondensatorrohrbündels des

SWR600/1000 getestet.

Zielsetzung der Experimente ist die Bestimmung der Notkondensatorleistung

unter sämtlichen im SWR600/1 000 zu erwartenden Einsatzbedingungen. Die

Ergebnisse dienen der Validierung von Rechenprogrammen und zur Modell-

erweiterung.

Im Anschluß an den Test des Notkondensators werden weitere Komponen-

ten bzw. Sicherheitssysteme (z.B. Gebäudekondensator, passiver Impulsge-

ber) im NOKO-Versuchsstand getestet. Aufgrund der Flexibilität des Ver-

suchsstandes sind hierzu nur kleine Umbauten erforderlich.

Inhaltsverzeichnis Seite

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis 111

Tabellenverzeichnis 111

Abkürzungen IV

1 NOKO-Versuchsstand 1

2 Elektrokessel-Kreislauf 5

2.1 Elektrokessel 6

2.2 Separator 8

2.3 Mischer 9

2.4 Umwälzpumpe 10

2.5 Kesselspeisepumpe 10

2.6 Rohrleitungen 11

3 Druckgefäß und U-Rohrbündel 13

3.1 Druckgefäß 14

3.2 U-Rohrbündel 16


4 Kondensatorbehälter 19

4.1 Kondensatorbehälter 20

4.2 Auffüllpumpe 22


5 Abblasesystem 24

5.1 Abblasetank 25

5.2 Kühlwasserpumpe 25

5.3 Plattenwärmetauscher 26

6 Flußwasser-Kühlkreislauf 27

6.1 Kühlwasserschleife 27

6.2 Verteilerstation 28

6.3 Naßkühlturm 28

7 Steuerung Und Regelung 29

7.1 Inbetriebnahme und Leistungsregelung des Elektrokessels 31

7.2 Füllstandregelung des Druckgefässes 32

7.3 Füllstandregelung im Separator 33

7.4 Regelung der Einspeisewassermenge 33

7.5 Füllstandregelung des Kondensatorbehälters 34

7.6 Druckregelung im Primärsystem 34

7.7 Druckregelung im Kondensatorbehälter 34

8 Sicherheitseinrichtungen 35

9 Meßtechnik 37

9.1 Temperaturmessung 46

9.2 Druck- und Differenzdruckmessung 48

9.3 Durchflußmessung 49

9.4 Füllstandmessung 49

9.5 Leistungsmessung 50

10 Datenerfassung und -visualisierung 51

Literaturverzeichnis 53

11

Abbildun sverzeichnis

Seite

Bild 1: NOKO-Versuchsstand. 3

Bild 2: Elektrokessel-Kreislauf. 5

Bild 3: Elektrokessel-Heizrohr. 7

Bild 4: Separator. 8

Bild 5: Mischer 9

Bild 6: Druckgefäß, Elektrokessel und Kondensatorbehälter. 13

Bild 1: Druckgefäß. 15

Bild 8: U-Rohrbündel. 17

Bild 9: Leitbleche des U-Rohrbündels. 17

Bild 10: Kondensatorbehälter-Kühlkreislauf. 19

Bild 11: Kondensatorbehälter. 20

Bild 12: Rohrboden. 21

Bild 13: Abblasetank- und Rur-Kühlkreislauf. 24

Bild 14: Regelungen und Lage der Stellventile und Meßstelien 30

des NOKO-Versuchsstandes.

Bild 15: Position der Thermoelementebenen im Kondensator- 47

behälter.

Bild 16: Position der Thermoelemente in den Meßebenen. 47

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Meßstelienliste

111

Seite

38

P

PD

PEL

DN

HD

BMBF

Abkürzun

Druck T Temperatur

Differenzdruck L Füllstand

Elektr. Leistung DTU Unterkühlung

Nenndurchmesser PN Nenndruck

Hochdruck ND Niederdruck

Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und

Technologie

DIAIDAGO Datenerfassungs- und Auswerte Software

EVU

GfS

HBM

H&B

HP

ISR

KFA

SWR

NOKO

Energieversorgungsunternehmen

Gesellschaft für Strukturanalyse

Hottinger Baldwin Messtechnik

Hartmann & Braun

Hewlett Packard

Institut für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik

Forschungszentrum Jülich GmbH

Siedewasserreaktor

Notkondensator

IV

1 NOKO-Versuchsstand

Der NOKO-Versuchsstand (vgl. Bild 1) wurde im Rahmen eines vom Bundes-

ministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF)

und den Energieversorgungsunternehmen (EVU's) geförderten Gemein-

schaftsprojektes der Forschungszentrum Jülich (KFA) GmbH und der Siemens

AG (Bereich Energieerzeugung) aufgebaut. Aufgrund seiner Leistung (4 MW),

seines Betriebsdrucks (7.2 MPa) und seiner Flexibilität zählt NOKO zu den

größten deutschen Thermohydraulik-Versuchsständen und wurde speziell für

den Funktionstest von passiven Systemen und Komponenten entwickelt. Die

erste Testserie, die Bestimmung der Notkondensatorleistung des von Siemens

entwickelten innovativen passiven Siedewasserreaktors SWR600/1000, gab

dem Versuchsstand seinerzeit seinen Namen [PAC-951]. Weitere Untersu-

chungen von passiven Komponenten (z.B. Gebäudekondensator, passiver Im-

pulsgeber) sind zukünftig geplant [HIC-95].

Ein wichtiges neues Element des innovativen SWR600/1000 Reaktorkonzep-

tes, speziell zur Beherrschung von Transientenstörfällen, sind die vier Notkon-

densatoren (Auslegungsspezifikation: 4 x 63 MW bei 7.0 MPa). Diese sind in

dem geodätischen Flutbecken angeordnet und über die Kondensatorzulauf-

und die Kondensatorablaufleitung mit dem Reaktordruckbehälter verbunden.

Beide Leitungen sind nicht absperrbar.

In der NOKO-Versuchsanlage ist eine der vier Notkondensatorschleifen des

SWR600/1000 nachgebildet. Das schlanke Druckgefäß dient zur Simulation

des Reaktordruckgefäßes. Der elektrisch beheitzte Dampferzeuger (max. Lei-

stung 4 MW) simuliert die nukleare Nachwärmeerzeugung und der liegende

Druckbehälter das geodätische Flutbecken. Die Notkondensatoren und das

Druckgefäß bilden ein System kommunizierender Röhren. Bei Normalbetrieb

sind die Notkondensatoren mit Wasser gefüllt. Mittels einer Zirkulationssperre

wird im Normalbetrieb trotz offener Leitungsverbindung die Zirkulation des

1

Wassers verhindert und die Wärmeabfuhr an das Flutbecken minimiert. Erst

mit Absinken des Füllstandes im Druckgefäß wird in den Notkondensatoren

Wärmetauschertläche freigelegt. Der nachströmende Dampf kondensiert an

der gekühlten Oberfläche. Das Kondensat fließt aufgrund der Schwerkraft zum

Druckgefäß zurück. Dominiert die Wärmeabfuhr in den Notkondensatoren ge-

genüber der Nachwärmeproduktion (bei sämtlichen Störtällen wird aufgrund

des Ansprechens diverser Schutzkriterien die Reaktorschnellabschaltung aus-

gelöst) im Kern, sinkt der Systemdruck. Durch die in den Notkondensatoren

übertragene Wärme wird das Wasser im Kondensatorbehälter aufgeheizt und

nach Erreichen der Sättigungstemperatur verdampft. Der Dampf führt zu einem

Druckaufbau im Kondensatorbehälter.

Der NOKO-Versuchsstand steht in einer der Versuchs hallen des Institutes für

Sicherheitsforschung und Reaktortechnik (ISR) des Forschungszentrums

JÜlich. Die wichtigsten Anlagenteile (Druckgefäß, Separator, Kondensatorbe-

hälter mit U-Rohrbündel, Warte) sind in Halle V des ISR angeordnet. Die übri-

gen Komponenten (z.B. Elektrokessel, Umwälzpumpe, Kesselspeisepumpe,

Abblasetank) befinden sich in angrenzenden Nebenräumen. Der NOKO-Ver-

suchsaufbau, der schematisch in Bild 1 skizziert ist, entspricht bezüglich der

Anschlußhöhen der Kondensatorzulauf- und Kondensatorablaufleitung an das

Druckgefäß den geplanten Verhältnissen im SWR600/1000 [PAC-952]. Die

Geometrie des U-Rohrbündels und dessen Werkstoff (X 5 Cr Ni 18 10) wurden

von den in Gundremmingen A eingebauten Notkondensatorbündeln übernom-

men. Die nukleare Wärmeerzeugung im Reaktor wird in der Versuchsanlage

durch einen Elektrokessel simuliert. Dieser besitzt eine maximale Leistung von

4.0 MW. Die einzelnen Kreisläufe des Versuchsstandes sind im Druck abge-

stuft. Der Elektrokessel-Kreislauf, das Druckgefäß und der Notkondensator

werden in einem Druckbereich zwischen 1 - 7 MPa betrieben. Im Kondensa-

torbehälter und dessen Kühlkreislauf können hingegen Drücke von 0.1 - 1 MPa

und Temperaturen bis zur Sättigungstemperatur eingestellt werden. Der Abbla-

setank wird bei Umgebungsdruck betrieben.

2

w

m c. ...... z o ;;;s;:; o

Bei der nachfolgenden Beschreibung des Versuchsstandes wird dieser zu-

nächst in funktionale Systeme unterteilt. Anschließend werden dann die Sy-

steme und ihre Hauptkomponenten detailliert beschrieben. Gemäß der obigen

Prinzipskizze des Versuchsstandes lassen sich unmittelbar die wichtigsten Sy-

steme erkennen. Dies sind der Elektrokessel-Kreislauf (vgl. Kap. 2), das

Druckgefäß und das U-Rohrbündel (vgl. Kap. 3), der Kondensatorbehälter (vgl.

Kap. 4), der Abblasetank (vgl. Kap. 5) und der Flußwasser-Kühlkreislauf (vgl.

Kap. 6). Weiterhin wird in diesem Bericht noch die Steuerung und Regelung

der Versuchsanlage (vgl. Kap. 7), die Sicherheitseinrichtungen (vgl. Kap. 8),

die Meßtechnik (vgl. Kap. 9) und die Datenerfassung und -visualisierung (vgl.

Kap. 10) beschrieben.

4

2 Elektrokessel-Kreislauf

Der Elektrokessel-Kreislauf besteht aus den Komponenten Elektrokessel, Se-

parator und Umwälzpumpe, deren Anordnung Bild 2 zu entnehmen ist. Der

Elektrokessel dient zur Simulation der nuklearen Dampferzeugung im Reaktor-

kern. Er produziert Naßdampf, dessen Phasen in einem nachgeschalteten Se-

parator getrennt werden. Während das Wasser über eine Umwälzpumpe zum

Elektrokessel zurückfließt, wird der Dampf dem Druckgefäß zugeleitet. Nach-

folgend werden nun die wichtigsten Komponenten des Elektrokessel-Kreislau-

fes und die Rohrleitungen einschließlich ihrer Einbauten detailliert beschrie-

ben.

Sicher-heits-ventil

,..---.,....---------i Leitung zum Abblasetank

Speise-wasser-leitung

Mischer

F---il>'d""""i'--~~ Leitung zum Druckgefäß

L------4 Inertgas-Einspeisung

Gemisch-leitung

Elektro-kessel

1----- ~---I~-~ Leitung vom Druckgefäß

1!..oo.._~::F---{ J-o--i Leitung vom Abblasetank

speise-leitung

Kessel-speisewasser -

pumpe

Bild 2: Elektrokessel-Kreislauf.

5

2.1 Elektrokessel

Zur Simulation der nuklearen Dampferzeugung wird im NOKO-Versuchsstand

ein aus der HDR (Heiß-Dampf-Reaktor) Versuchsanlage in Großwelzheim

übernommener Zwangsdurchlauf-Elektrokessel mit einer stufenweise einstell-

baren Leistung von 1 .35 - 4.0 MW verwendet. Die detaillierten Leistungswerte

der einzelnen Leistungsstufen sind in Kap. 7.1 angegeben.

Der Elektrokessel besitzt 24 parallelgeschaltete Heizrohre aus Edelstahl (vgl.

Bild 3) mit einer Länge von je ca. 20 m, einem Innendurchmesser von 16 mm

und einer Wandstärke von 2 mm. Die Heizrohre wiegen leer ca. 0.5 t und be-

sitzen ein Fluidvolumen von 0.1 m3 • Die Heizrohre sind auf einen Ein- und

Austrittssammler geführt. Beide Sammler sind ca. 2 m lang und besitzen einen

Innendurchmesser von 80 mm und eine Wandstärke von 20 mm.

Damit sämtliche Heizrohre gleichmäßig mit Speisewasser (Deionat) beauf-

schlagt werden, sind in die Verschraubung am Eintritt der Heizrohre Drosseln

eingebaut, die unter Betriebsbedingungen einen Druckabfall von ca. 18 bar

liefern. Jedes Heizrohr besitzt eine zweifache Temperaturüberwachung. Hierzu

sind zwei Thermoelemente an jedem Rohr angebracht. Weiterhin besitzt der

Kessel eine Durchflußüberwachung (Messung der Druckdifferenz zwischen

dem Ein- und Austrittsammler) und je eine Absolutdruckmessung im Ein- und

Austrittsammler. Bei Heizrohraußentemperaturen oberhalb 350 oe, bei gerin-gen Durchflüssen, d.h. Druckdifferenzen über den Sammlern von kleiner 1 MPa

und bei Drücken im Eintrittsammler oberhalb 8.6 MPa erfolgt eine automatische

Unterbrechung der Stromversorgung.

Die Heizrohre des Elektrokessels werden im direkten Stromdurchgang beheizt.

Den hierzu erforderlichen Strom liefert ein 6 kV Dreiphasen-Transformator mit

Stufenschalter, der über einem Ölkreislauf gekühlt wird, und über einen

separaten, in einer Beton-Fertigstation untergebrachten 10 kV / 6 kV Trafo mit

dem KFA-Netz verbunden ist.

6

Die elektrische Verbindung der Heizrohre mit dem Transformator ist mit Kupfer-

schienen ausgeführt, die über Litzen mit den an den Heizrohren angelöteten

Kupferfahnen verbunden sind. Eine Berührung der Rohre untereinander wird

im Elektrokessel durch Abstandshalter verhindert. Weiterhin sind sämtliche

Heizrohre mit einem Berührungsschutz aus Aluminiumblech umgeben. Ein über

der Dachverkleidung des Elektrokessels befindlicher Abluftkanal führt die er-

wärmte Luft aus dem Kessel an die Umgebung ab.

250 rort-' ,q

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; Rohr I , ; 020 x2 I -i , , I I , , I I , , I I I , , I I , , I I I , I I , , I I , , I I , , I I I I , , I I I , I , , I I I , , I I I I , , , I I I , , , I I I , , , , I I 1 1 , , I , 1 1 I 1 , , , , 1 1 1 I I , , , 1 I 1 I , , I I

l~ 1 1 I 1 ,r- I-- I I , I t-- 1 1 ,f'-" ,I-- t-- I ,

Stromfahnen

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Eintritts-sammler

1000

Heizrohr

Bild 3: Ein Heizrohr des Elektrokessels.

7

-

LO f'-.

"'" C\I

I

- +- --,

Austritts-sammler

2.2 Separator

Der stehend angeordnete Separator (vgl. Bild 4) trennt die Phasen des aus

dem Elektrokessel austretenden Naßdampfes. Der Separator besteht aus ei-

nem zylindrischen Behälter mit flachen Böden. Er besitzt eine Länge von 2.7 m,

einen Nenndurchmesser von ca. 0.5 m und faßt ein Volumen von ca. 0.5 m3 •

Der Separator wiegt leer ca. 1.2 t ist mit aluminiumkaschierten ISOVER Matten

(Dicke 100 mm) und einem verzinkten Blechmantel (Dicke 0.88 mm) isoliert.

Gemisch- .... -------eintritt ON 100

Bild 4: Separator.

30

Oampfaustritt ON 80

t I

-

I

I

+ Wasserablauf

ON 80

8

\ 0 0 Stutzen für t--C\l Füllstands-messung

)

Vortex-Breaker

Das Wasser-Dampf-Gemisch tritt durch einen tangential im oberen Behälterbe-

reich angeordneten Stutzen in den Separator ein. Der Dampf wird durch ein

zylindrisches Tauchrohr nach oben abgeführt. Das Tauchrohr ist am

Dampfeintritt mit einem Wasserabweiser versehen. Dieser verhindert, daß am

Tauchrohr ablaufendes Wasser mit dem Dampf mitgerissen wird. Das Wasser

hingegen fließt über einen im Boden befindlichen Ablauf wieder zur Umwälz-

pumpe zurück. Zur Brechung des Dralls ist im unteren Bereich des Separators

ein Vortex-Breaker eingebaut. Sämtliche Daten der am Separator ange-

schlossenen Leitungen sind Kap. 2.6 zu entnehmen.

2.3 Mischer

Der Mischer (vgl. Bild 5) besitzt eine Länge von 375 mm und besteht aus zwei

konzentrisch ineinander geschweißten Rohrstücken. Über das innenliegende

Rohrstück mit einem Innendurchmesser von 60 mm wird das Kondensat aus

dem Druckgefäß in den Elektrokessel-Kreislauf geleitet. Hierzu ist das am

Ende verschlossene Rohrstück am Umfang mit 24 Bohrungen mit einem

Druchmesser von je 10 mm versehen. Durch das außenliegende Rohr

hingegen strömt das Speisewasser. Es besitzt einen Innendurchmesser von 89

mm und ist die druckführende Außenwand des Mischers.

375

, -I ' , , , ., , , ". , " , , ",~ Li I I I 'I ..'-.. li IIi IIli lvi

'"

2.4 Umwälzpumpe

Die im NOKO-Versuchsstand eingesetzte Umwälzpumpe dient zur Umwälzung

des Wassers im Elektrokessel-Kreislauf. Sie befindet sich in der Speisewasser-

leitung hinter dem Mischer, an den die Kondensatrücklauf-Ieitung an den

Elektrokessel-Kreislauf anschließt. Da das Wasser aus dem Separator

gesättigt ist, wird zur Vermeidung von Kavitation in der Umwälzpumpe kaltes

Wasser aus dem Abblasetank in den Elektrokessel-Kreislauf gefördert. Die

Umwälzpumpe ist eine Heißwasserpumpe mit Gleitringdichtung und wird von

einem Elektromotor mit einer Nennleistung von 110 kW angetrieben. Der Motor

ist mit der Pumpe über ein i-stufiges Getriebe verbunden. Die Pumpe besitzt

die folgende Daten:

Hersteller KSB,

Type HPH 50-400,

Gewicht 2.5 t,

Förderleistung 41.5 m3 / h,

maximaler Druck 92 bar,

Förderdruck 25 bar,

Temperatur 308 oe, Antriebsleistung 110 kW,

Drehzahl 3600 U / min.

2.5 Kesselspeisepumpe

Die Kesselspeisepumpe ersetzt den über das Regelventil in der Dampfleitung

abgeblasenen Dampf. Die 13-stufige drehzahlgeregelte Pumpe ist über ein

Getriebe (Übersetzung 1 :0.2676) mit dem Antriebsmotor verbunden. Weitere

Daten der Kesselspeisepumpe sind:

Hersteller KSB,

10

Type HDB/40/13,

Gewicht ca. 3.5 t,

Förderleistung 15 m3 / h,

Förderdruck 143 bar,

Drehzahl 5500 U / min,

Antriebsleistung 151 kW.

2.6 Rohrleitungen

Die Komponenten des Elektrokessel-Kreislaufes sind über zwei Rohrleitungen

miteinander verbunden. Dies sind zum einen die Gemischleitung und zum an-

deren die Speisewasserleitung. Zwei weitere Leitungen (Dampf- und Konden-

satrücklaufleitung) verbinden den Elektrokessel-Kreislauf mit dem Druckgefäß.

Darüber hinaus schließt an die Speisewasserleitung die Kesselspeiseleitung

an.

Die Gemischleitung verbindet den Austrittssammler des Elektrokessels mit dem

Separator und ist in Nennweite 100 mm ausgeführt. Die Speisewasserleitung

hingegen besitzt die Nennweite 80 mm. Kurz hinter dem Wasserablauf des Se-

parators befindet sich die Einspeisestelle für das Wasser aus dem Abblasetank

und eine, mittels eines Bypasses mit Nennweite 60 mm umfahrbare Drossel mit

der Nennweite 26 mm. Es folgen ein Mischer, mit dem die Kondensatrücklauf-

leitung an den Elektrokessel-Kreislauf angebunden ist, und die Umwälzpumpe.

Im Eintrittsammler des Elektrokessels ist weiterhin ein Sieb (Drahtdurchmesser

0.56 mm, Maschenweite 1 mm) angeordnet. Dieses ist mittels eines, mit 1200

Bohrungen (Durchmesser 2.5 mm) versehenen Stützrohres (Länge 0.41 m

Länge, Durchmesser von 66.2 mm) im Eintrittsammler angebracht.

Eine Dampfleitung mit Nennweite 80 mm verbin'det den Separator mit dem

Druckgefäß. Von dieser verzweigt eine Abblaseleitung zum Abblasetank, durch

11

die bei unzulässig hohen Drücken im Primärsystem Dampf über das Sicher-

heitsventil bzw. zur Druckregelung im Primärsystem über das Regelventil ab-

geblasen wird. Weiterhin schließt an das Druckgefäß eine Inertgas-Einspeise-

einrichtung an. Durch eine Rücklaufleitung gelangt das Kondensat aus dem

Druckgefäß wieder in den Elektrokessel-Kreislauf.

Über die Kesselspeiseleitung wird kaltes Wasser aus dem Abblasetank in die

Speisewasserleitung unmittelbar hinter dem Separator eingespeist. Die am

Abblasetank (vgl. Kap. 5.1) beginnende Leitung besitzt zunächst die Nennweite

80 mm und verzweigt dann zur Auffüllpumpe (vgl. Kap. 4.2) und zur

Kesselspeisepumpe. Ab dieser Verzweigung ist die Kesselspeiseleitung in der

Nennweite 30 mm ausgeführt. Hinter der Kesselspeisepumpe befindet sich

noch ein Feinfilter und eine Durchflußmeßstelie.

Sämtliche Rohrleitungen und Komponenten des Elektrokessel-Kreislaufes sind

bis auf die Pumpen aus Edelstahl gefertigt und bis auf die Kesselspeise- und

die Auffülleitung mit aluminiumkaschierten ISOVER-Matten (Dicke 100 mm)

isoliert.

12

3 Druck efäß und U-Rohrbündel

Der im Elektrokessel-Kreislauf produzierte Dampf wird über die Dampfleitung

dem Druckgefäß und von dort dem U-Rohrbündel zugeführt (vgl. Bild 6). Das

Druckgefäß dient im Experiment zur Einstellung der Füllstandrandbedingung,

d.h. der primärseitigen Freilegung des U-Rohrbündels. Hierzu muß das in der

Kondensatorablaufleitung befindliche Ventil geöffnet sein. Nachfolgend werden

nun die bei den Komponenten Druckgefäß und U-Rohrbündel und die sie

verbindenden Rohrleitungen beschrieben.

Dampfleitung ~~

Druck-gefäß (h=12,6m, 0= 0,5 m)

Kondensat-rücklauf-leitung

Kondensatorzulauf

Eintritts-sammler

Kondensatorbehälter ( I = 6,4 m , 0 2 m )

Kondensatorablauf

Bild 6: Druckgefäß, U-Rohrbündel und Kondensatorbehälter.

13

3.1 Druckgefäß

Das Druckgefäß (vgl. Bild 7) dient im Experiment zur Variation des Wasser-

spiegels zwischen den Anschlußhöhen des Kondensatorzu- und -ablaufes. Es

ist ein schlanker, stehender Behälter mit einem Innendurchmesser von 0.448

m, einer Wandstärke von 30 mm und einer Höhe von 12.6 m. Das Druckgefäß

wiegt leer ca. 6 t und besitzt ein Volumen von 1.9 m3• Zur Stabilisierung und

zur Einleitung der auftretenden Lasten in den Hallenboden ist das Druckgefäß

mit einer Standzarge versehen.

Über der Höhe weist das Druckgefäß verschiedene Anschlußstutzen für die

Verbindung zum Elektrokessel-Kreislauf (Dampfzufuhr in Nennweite 80 mm,

Kondensatrücklauf in Nennweite 50 mm), den Kondensatorzu- (Nennweite 100

mm) und -ablauf (Nennweite 65 mm) und die Meßinstrumentierung auf. Die

Kondensatrücklaufstutzen sind in Abständen von 800 bzw. 400 mm zueinander

angeordnet. Weiterhin sind die Thermoelemente mittels ERMETO-Anschweiß-

verschraubungen (EO-AS12) mit einem Rohraußendurchmesser von 12 mm im

Druckgefäß angeordnet. Der vertikale Abstand zwischen zwei ERMETO-Ver-

schraubungen beträgt in der Regel1m. Abweichungen von dieser Anordnung

resultieren aus der Position der Arbeitsbühnen. Die Anschlußstutzen für die

Füllstandmessung im Druckgefäß besitzen die Nennweite 25 mm. Der Meßbe-

reich beträgt 10.2 m. Dies entspricht der Höhendifferenz der Anschlußstutzen.

14

Stutzen für Füllstands-messung 025

Meßstutzen für Thermo-elemente

+- Oampfleitung ON 80

... Kondensator-zulaufstutzen ON 100

30

( 12 x ON 50 )

o o

3.2 U .. Rohrbündel

Das U-Rohrbündel, ein Ausschnitt des aktuell für den SWR600/1000 vorgese-

hen Notkondensatorrohrbündels, ist die zu testende Komponente im NOKO-

Versuchsstand. Die Geometrie und der Werkstoff wurden hierbei von dem U-

Rohrbündel des Notkondensators in Gundremmingen A übernommen. Mittels

Reduzierung der Rohranzahl wurde die Leistung des Notkondensatorbündels

an die des Elektrokessels angepaßt. Die Rohre des Bündels sind zu Beginn

und am Ende auf Sammler geführt, die wiederum über die Kondensatorzu- und

-ablaufleitung mit dem Druckgefäß verbunden sind. Der Eintrittsammler besitzt

eine Länge von 0.6 m und der Austrittsammler von 0.845 m. Durchmesser

(187.1 mm) und Wandstärke (16 mm) stimmen bei beiden Sammlern überein.

Das U-Rohrbündel besteht aus 8, im Mittel 9.8 m langen leicht gegenüber der

Horizontalen geneigten Rohren mit einem Innendurchmesser von 37.8 mm, die

in einen Rohrboden eingeschweißt sind (vgl. Bild 8). Das Fluidvolumen des

Rohrbündels beträgt ca. 0.12 m3• Oberhalb des Austrittsammlers sind in den U-

Rohren Flanschverbindungen vorgesehen, zwischen die alternativ gelochte

oder ungelochte Steckscheiben eingebracht sind. Die einzelnen U-Rohre kön-

nen wahlweise abgesperrt werden. Der Rohrboden wird wiederum in den in

Kap. 4.1 beschriebenen Kondensatorbehälter eingesetzt.

Das gesamte U-Rohrbündel ist von Leitblechen (vgl. Bild 9) umgeben, die für

eine vertikale Wasserführung im Kondensatorbehälter sorgen. Da auch die

Position der Leitbleche variiert werden kann, ist somit auch eine Variation der

abgegrenzten Rohranzahl im Experiment möglich.

16

Eintritts-sammler

rt=',

Rohrboden

Schauglas

~-l

0 Cl Cl

o o o C\I --------------- ----------------------------------------cu C.)

Z

I

LE' Austritts-sammler

Flansch-verbindung

Bild 8: U-Rohrbündel.

o 00 CJ)

Bild 9: Leitbleche des U-Rohr-Bündels.

17

~l ca. 5000

Leitblech

mögliche Einbauposi-tionen der Leitbleche

U-Rohre

8 Rohre 44,5 x 2,9

-----] ----_ ... _-_ .. - -g;

3.3 Rohrleitungen

Nachfolgend werden nun die Kondensatorzu- und -ablaufleitung beschrieben.

Die Kondensatorzulaufleitung verbindet den Eintrittsammler des U-Rohrbün-

dels mit dem Druckgefäß und besitzt die Nennweite 100 mm. Im Anschlußstut-

zen der Kondensatorzulaufleitung am Druckgefäß befindet sich zur Bestim-

mung des Dampfmassenstromes eine Meßdüse.

Das Kondensat fließt über die am Austrittssammler anschließende Kondensat-

ablaufleitung mit Nennweite 65 mm zum Druckgefäß zurück. In dieser Leitung

befindet sich ein Kugelventil. Mit Öffnen des Ventils wird der jeweilige Versuch

eingeleitet. Kurz vor Anschluß der Kondensatorablaufleitung an das Druckge-

fäß befindet sich eine Zirkulationssperre, die im Betrieb des SWR600/1000 die

Zirkulation des Wassers verhindern und somit die Wärmeverluste minimieren

soll. Die Kondensatablaufleitung kann mittels verschiedener Ausgleichstücke in

verschiedenen Höhen am Druckgefäß angeschlossen werden (vgl. Kap. 3.1).

Sämtliche Rohrleitungen und Komponenten dieses Kreislaufes bestehen aus

Edelstahl und sind mit aluminiumkaschierten ISOVER-Matten (Dicke 100 mm)

isoliert. Das Druckgefäß ist darüber hinaus zusätzlich mit einem verzinkten

Blechmantel (Dicke 0.88 mm) verkleidet.

18

4 Kondensatorbehälter

Im Kondensatorbehälter ist das Notkondensatorrohrbündel angeordnet. Der

Kondensatorbehälter enthält weiterhin Kühlwasser, an das die bei der Konden-

sation des Dampfes und Unterkühlung des Kondensats im U-Rohrbündel frei-

werdende Wärme, übertragen wird. Das Wasser wärmt sich bis auf Sätti-

gungsbedingungen auf und verdampft dann. Der Dampf wird über eine Abbla-

seleitung in den Abblasetank geleitet und hier kondensiert. Je nach Fahrweise

des Versuchs wird nun das verdampfte Wasser durch kaltes aus dem Abblase-

tank ersetzt oder man läßt das Wasser auf der Sekundärseite des U-Rohrbün-

dels ausdampfen.

Kondensator-behälter

Auffüll-pumpe

Abblasetank

In den nun folgenden Ka-

piteln werden der Kon-

S· h densatorbehälter, die Auf-IC er-heit~- füllpumpe und die zu die-ventIl

bl sem System gehörenden

Ab ase-leitung Rohrleitungen (Dampfab-

blaseleitung und Auffüllei-

tung des Kondensatorbe-

hälters) beschrieben (vgl.

Bild 10). Auf den eben-

falls zu diesem Kreislauf

gehörenden Abblasetank

wird in einem eigenen Un-

terkapitel (vgl. Kap. 5)

noch ausführlich einge-

Bild 10: Kondensatorbehälter-Kühlkreislauf. gangen.

19

4.1 Kondensatorbehälter

Der Kondensatorbehälter (vgl. Bild 11) ist ein liegender zylindrischer Behälter

aus ferritischem Stahl (Durchmesser von 2 m, Länge von ca. 6.4 m, Volumen

ca. 18 m3 , Leergewicht von ca. 55 t) und für Drücke bis 1.0 MPa und Tempera-

turen bis 200 oe ausgelegt. Weiterhin wurde der Behälter zum Schutz vor Kor-rosion innen mit dem temperaturbeständigen Kunststoff XYVADUR 569

(Schichtdicke von 300 J.lm) beschichtet. Der Kunststoff ist bis zu 200 oe tempe-raturbeständig.

Der Kondensatorbehälter simuliert im Versuchsstand das geodätische Flut-

becken des SWR600/1000, in dem die vier Notkondensatorrohrbündel ange-

ordnet sind. Die Auslegung des Kondensatorbehälters erlaubt die Einstellung

der Druck- und Temperaturbedingungen im Wasser der Sekundärseite, die im

SWR600/1000 nach mehrtägigem Einsatz des Notkondensators im geodäti-

schen Flutbecken vorliegen.

ca. 6400

Kondensatorbehälter

o o o C\J

(Sl 0l - - ----------------------------------- - -~ -------

~I~~au-- - ------------------------------------------------ --r

Rohrbündel

vorderer Austritts- Deckel _f't:""'F::;:=r:=======:::b===w===r'rr::-"F=~ sammler

Bild 11: Kondensatorbehälter.

Schau-glas

hinterer Deckel

Am vorderen Ende ist der Kondensatorbehälter mit einem Deckel versehen, der

einen Ausschnitt zur Aufnahme des Rohrbodens (vgl. Bild 12) und des hierin

eingeschweißten U-Rohrbündels enthält. Rohrboden und U-Rohrbündel kön-

20

nen im drucklosen und entleerten Zustand des Kondensatorbehälters ausge-

baut werden. Nach Aufheizen des Wassers im Kondensatorbehälter bis auf

Sättigungszustand kann bei den Versuchen mit Ausdampfung der Sekundär-

seite das verdampfende Wasser durch kaltes Wasser aus dem Abblasetank

ersetzt werden.

1320

1400

Bild 12: Rohrboden.

Im vorderen Deckel sind zusätzlich zwei Stutzen vorgesehen. Durch diese wird

demnächst ein zusätzliches, im Gegensatz zu den anderen Rohren des

Bündels umfangreicher instrumentiertes U-Rohr in den Kondensatorbehälter

eingebracht. Das Einzelrohr liegt allerdings außerhalb des von den Leitblechen

abgetrennten Bereiches. Ein Mannlochdeckel am hinteren Ende des

Kondensatorbehälters ermöglicht zu Inspektionszwecken einen Einstieg in den

21

Kondensatorbehälter. Neben dem Schauglas im Rohrboden sind in beiden

Deckeln je ein weiteres Schauglas zur Beobachtung der Vorgänge an der

Außenseite des U-Rohrbündels angeordnet.

4.2 Auffüllpumpe

Die Auffüllpumpe besitzt mehrere Aufgaben. Vor dem Experiment dient sie zum

Füllen des Kondensatorbehälters mit Wasser. Bei den Experimenten mit Aus-

dampfen der Sekundärseite ersetzt sie das verdampfte Wasser. Falls mehrere

Experimente ß.n einem Tag gefahren werden sollen, wird mit Hilfe der Auffüllei-

tung zwischen den Experimenten das aufgeheizte Wasser gegen kaltes ausge-

tauscht. Die Auffüllpumpe ist eine einstufige Kesselpumpe mit folgenden Da-

ten:

Hersteller

Type

KSB,

32/36,

max. Fördermenge 10m3 / h,

max. Förderhöhe 100 mFls,

Drehzahl 2950 U / min,

Leistung 8.6 kW.

4.3 Rohrleitungen

Das Rohrleitungssystem der Kondensatorbehälterkühlung besteht aus der

Auffüll- und der Abdampfleitung. Die Auffülleitung mit Nennweite 55 mm dient

zum Füllen, Ersetzen und Austausch von Wasser aus dem Abblasetank (vgl.

Kap. 4.2). Die Abdampfleitung (Nennweite 125 mm) verbindet den Kondensa-

torbehälter mit dem Abblasetank. In der Abdampfleitung ist ein Sicherheits-

22

ventil, das den Druck im Kondensatorbehälter auf max. 0.9 MPa Überdruck be-

grenzt, und nachfolgend ein Regelventil angeordnet. Nach Aufheizung auf den

Sättigungszustand wird der im Kondensatorbehälter produzierte Dampf über

das Regelventil in den Abblasetank (vgl. Kap. 5.1) abgeleitet. Zur Minderung

der dynamischen Belastung des Abblasetanks bei der Dampfeinleitung ist ein

Verteilungssystem eingebaut, daß als Zackenrohr ausgeführt ist. Prinzipiell

sind sekundärseitig zwei verschiedene Fahrweisen des Versuchsstandes mög-

lich. Zum einen läßt man die Sekundärseite aufheizen. Zum anderen ersetzt

man das verdampfte Wasser durch Wasser aus dem Abblasetank. In bei den

Fällen wird der Druck auf der Sekundärseite durch Einstellung des Ansprech-

drucks des Regelventils vorgegeben.

Sämtliche Rohrleitungen dieses Kreislaufes bestehen aus Edelstahl. Von den

Rohrleitungen ist neben den Stirnseiten des Kondensatorbehälters nur die Ab-

dampfleitung mit aluminiumkaschierten ISOVER-Matten (Dicke 60 mm) isoliert.

Die Stirnseiten des Kondensatorbehälters sind zusätzlich noch mit einem ver-

zinkten Blechmantel verkleidet. Weiterhin ist seitlich ein aus Lochblechen ge-

fertigter Berührschutz angebracht.

23

5 Abblases stem

Der Abblasetank (vgl. Bild 13) ist die Hauptwärmesenke des Versuchsstandes.

Hier wird der aus dem Elektrokessel-Kreislauf und dem Kondensatorbehälter

abgeblasene Dampf kondensiert. Ein aus den Komponenten Abblasetank,

Umwälzpumpe, Plattenwärmetauscher bestehender Kühlkreislauf führt die bei

Kondensation freiwerdende Wärme an den Flußwasser-Kühlkreislauf (vgl. Kap.

6) ab. Der Kühlkreislauf des Abblasetanks wird während des Versuches so be-

trieben, daß die Rücklauftemperatur 28 oe beträgt. Im folgenden werden der Abblasetank und die Hauptkomponenten des hierzu gehörenden Kühlkreislau-

fes detailliert beschrieben.

Hoch- Nieder-druck- druck-

abblase- abblase-leitung leitung

Entlüftung

messung

Abblasetank

Platten-wärme-tauscher

Kühlwasser-pumpe

Bunker-Naßkühl-turm l2;:zgu,~

Bild 13: Abblasetank- und Flußwasser-Kühlkreislauf.

24

5.1 Abblasetan k

Der Abblasetank übernimmt mehrere Funktionen im NOKO-Versuchsstand.

Zum einen dient er als Vorrats- und Auffangbehälter, der sowohl zum Füllen

einzelner Komponenten mit Deionat (z.B. Kondensatorbehälter, Druckgefäß)

als auch zur Aufnahme des abgeblasenen überschüssigen Dampfes benutzt

wird. Durch den Wärmeeintrag infolge des Dampfabblasens aus dem Elektro-

kessel-Kreislauf bzw. dem Kondensatorbehälter kann die Temperatur im Ab-

blasebehälter bis zu 50 oe ansteigen. Der Abblasetank ist ein liegender zylin-drischer Behälter, der mittels dreier Zargen auf dem Fundament verankert ist.

Er besitzt eine Länge von 4.5 m, einen Durchmesser von 2.35 m und kann ein

Volumen von 20 m3 Deionat aufnehmen. Das Leergewicht beträgt ca. 3 t. Über

die Stutzen an der Oberseite des Abblasetanks sind die Nieder- und die Hoch-

druckabblaseleitung angeschlossen. Das Ende der Abblaseleitung des Hoch-

drucksystems (Nennweite 80 mm) ist als Lochrohrdüse ausgeführt. Die

Abblaseleitung des Niederdrucksystems besitzt die Nennweite 125 mm und

endet in einem nach unten verschlossenen Zackenrohr, durch welches eine

seitliche Dampfeinleitung erfolgt. Eine an der Tankoberseite angebrachte Ent-

lüftung gewährleistet den drucklosen Betrieb. Zusätzlich sind am Abblasetank

ein Mannloch, ein Entleerungsstutzen, ein Füllstutzen, ein Anschlußstutzen für

die Speisewasserleitung und Stutzen für die Füllstandmessung vorgesehen.

5.2 Kühlwasserpumpe

Die Kühlwasserpumpe fördert das Deionat aus dem Abblasetank in den Plat-

tenwärmetauscher und ist bei Inbetriebnahme des Versuchstandes stets einge-

schaltet. Die Pumpe ist als einstufige Kreiselpumpe ausgeführt und besitzt die

nachfolgend aufgeführten Auslegungsdaten:

25

Hersteller

Typ

max. Förderhöhe

max. Fördermenge

Antriebsleistung

Drehzahl

Gewicht

KSB,

Etanorm C 100-250-C,

14 mWs,

150m3 /h,

11 kW,

1450 U / min,

300 kg.

5.3 Plattenwärmetauscher

Ein SIGMA-Plattenwärmetauscher überträgt die Wärme vom Kühlkreislauf des

Abblasetanks an den Flußwasser-Kühlkreislauf. Das Kernstück des Wärmetau-

sehers ist ein Paket aus profilierten Wärmetauscherplatten. Zwischen diese

sind zur Abtrennung von Strömungskanälen Rundschnurdichtungen gelegt. Die

Übertragungsleistung des Wärmetausehers ist an die maximale Leistung des

Elektrokessels angepaßt und beträgt ebenfalls 4 MW. Die Hauptdaten des

Plattenwärmetauschers:

Hersteller Schmidt-Bretten GmbH,

Typ Sigma 65 SBL,

Länge 1.5 m,

Höhe 1.9 m,

Breite 0.9 m,

Übertragungsfläche 94.3 m2 ,

Auslegungstemperatur 50° C,

Gewicht 2130 kg.

26

6 Flußwasser-Kühlkreislauf

Der in Bild 13 skizzierte Flußwasser-Kühlkreislauf dient zur Abführung der

Wärme aus dem Plattenwärmetauscher des Abblasetank-Kühlkreislaufes an

einen Fluß und der Kühlung verschiedener Komponenten (z.B. Kesselspeise-

pumpe, Umwälzpumpe, Ölkühler des Elektrokessels). Der Kreislauf besteht aus

den Hauptkomponenten Kühlwasserschleife, Verteilerstation und Naßkühlturm.

Diese Komponenten werden nun einschließlich ihrer verbindenden Rohrleitun-

gen und der hierin enthaltenen Armaturen beschrieben.

6.1 Kühlwasserschleife

Als Kühlwasserschleife wird nachfolgend die Rohrleitung zwischen Platten-

wärmetauscher, Verteilerstation und Kühlturm bezeichnet. Diese ist aus einem

temperaturbeständigen Kunststoff hergestellt und besitzt die Nennweite 200

mm. Die Kühlwasserschleife enthält vor dem Plattenwärmetauscher eine von

Hand zu betätigende Absperrarmatur, eine Wasseruhr zur Bestimmung des

Kühlwasserverbrauchs, ein pneumatisch betriebenes Regelventil, das über die

Temperatur des Wassers im NOKO-Kühlkreislauf hinter dem Plattenwärmetau-

scher geregelt wird, und eine Druck- und Temperaturanzeige tür das Wasser.

Da das Wasser hinter dem Plattenwärmetauscher quasi frei abläuft, gibt die

Druckanzeige des Wärmetauschers abzüglich des Umgebungsdrucks den

Druckverlust des Wärmetauschers an.

Hinter der Meßuhr zweigen die Leitungen von der Kühlwasserschleife zu weite-

ren Verbrauchern des NOKO-Versuchstandes ab, die ebenfalls mit Wasser ge-

kühlt werden. Im einzelnen sind dies die Kesselspeisepumpe, deren Ölaggre-

gat und Antriebskühler, die Umwälzpumpe und der Ölkühler des Elektrokes-

sels.

27

6.2 Verteilerstation

In der Verteilerstation in Halle 3 wird das Kühlwasser auf die einzelnen Ver-

braucher (z.B. NOKO) über ein Rohrleitungssystem mit Nenndurchmessern von

50 - 200 mm, das für Drücke bis zu 0.65 MPa ausgelegt ist, verteilt.

6.3 Naßkühlturm

Das in dem Plattenwärmetauscher erwärmte Wasser wird anschließend über

einen Regenwasserkanal abgeleitet. Besitzt das Kühlwasser hierbei eine Tem-

peratur von größer als 30°Celsius, muß dieses zunächst über einen nachge-

schaltetem Naßkühlturm unterhalb dieses Temperaturgrenzwertes abgekühlt

werden. Der Kühlturm ist analog zum Elektrokessel und zum Plattenwärmetau-

scher auf eine Kühlleistung von 4 MW bei einem Durchsatz von 150 m3/h aus-

gelegt.

28

7Steuerun und Re

Die Steuerung der Versuchsanlage erfolgt von einem Leitstand aus, der in der

Warte des Versuchsstandes untergebracht ist. Alle Steuer- und Bedienele-

mente sind hier in einem Blindschaltbild zusammengeführt. In dem Blind-

schaltbild werden die wichtigsten Betriebsparameter der Anlage angezeigt. Mit

Ausnahme des Elektrokessels, dessen Leistung vom Leitstand aus nur einge-

stellt werden kann, und des Flußwassernetzes, befindet sich hier die elektri-

sche Versorgung aller Verbraucher. Elektrokessel und Flußwassernetz werden

vom Leitstand aus zu- bzw. abgeschaltet. Weiterhin werden von dort auch

sämtliche Pumpen (Kesselspeisewasser-, Hydraulik-, Umwälz-, Auffüll- und

Kühlwasserpumpe) ein- oder ausgeschaltet und die Füllstand- und Druckrege-

lungen manuell oder automatisch vorgenommen. Die Einstellung der Regelbe-

reiche beträgt ca. 1 % des Maximalwertes des jeweiligen Parameters.

Die Regelung der Anlagenparameter (Druck, Füllstand) erfolgt über motorge-

triebene Stellventile. Die Antriebe der Ventile werden direkt von der Regelung

angesteuert. Dabei werden die den Reglern vorgegebenen Sollwerte mit den

Istwerten verglichen und den Stellantriebe dementsprechende Korrektursignale

übermittelt. Sämtliche Regelungen sind in Bild 14 durch gestrichelte Linien ge-

kennzeichnet. Aus Bild 14 sind weiterhin auch die Lage der Stellventile, ihre

Bezeichnung und die Lage der übrigen Meßstelien zu entnehmen.

Die Einstellung des Systemdruckes erfolgt über Ventil V2.1. Der hierfür not-

wendige Istwert wird in der Druckmeßstelie Pi .3 erfaßt. Der Füllstand des Se-

parators wird über Ventil V1.6 geregelt und über die Differenzdruckmeßstelie

L 1.1 als Eingangsgröße gesteuert. Der Füllstand des Druckgefäßes wird über

Ventil V2.3 reguliert, wobei der Meßwert von L2.1 als Eingangsgröße dient.

29

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Prüldru.ck: 13 bar

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Nachfolgend werden die verschiedenen Regelungen des Versuchsstandes

vorgestellt. Dies sind die Leistungsregelung des Elektrokessels (inkl. der Vor-

bereitung zu dessen Inbetriebnahme), die Füllstandregelung des Druckge-

fäßes, des Separators und des Kondensatorbehälters und die Druckregelung

von Separator, Druckgefäß und Kondensatorbehälter.

7.1 Inbetriebnahme und Leistungsregelung des

Elektrokessels

Bevor der Elektrokessels in Betrieb genommen werden kann, sind zunächst di-

verse Betriebsparameter zu kontrollieren. Befinden sich diese außerhalb der

zulässigen Bereiche, stehen Warnmeldungen an. Nach Rückkehr des jeweili-

gen Parameters in den zulässigen Betriebsbereich sind dann die Warnmel-

dungen zu quittieren. Erst nach Erscheinen der Meldung "E-Kessel einschalt-

bereit" im Blindschaltbild kann die Inbetriebnahme des Elektrokessels erfolgen.

Diese beginnt grundsätzlich in der niedrigsten Leistungsstufe, die abhäng ig

von der Netzspannung Werte zwischen 1.38 und 1.48 MW aufweist. Im Blind-

schaltbild sind die Bedien- und Anzeigeelemente des Elektrokessels integriert.

Hiermit werden die Schalthandlungen (Auf- und Abschalten einzelner Lei-

stungsstufen) vorgenommen. Die Leistungsregelung des Elektrokessels erfolgt

von Hand. Zusätzlich werden die aktuelle Leistungsstufe des Elektrokessels

und die auf der Sekundärseite des 6 KV Trafo's gemessene Leistung ange-

zeigt.

Die Leistung des Transformators wird über einen 9-stufigen Stufenschalter

geregelt. Die primärseitige Leistung der jeweiligen Stufen ist:

Stufe 1 1.375 MW,

Stufe 2 1 .525 MW,

Stufe 3 1.70 MW,

31

Stufe 4 1.950 MW,

Stufe 5 2.21 MW,

Stufe 6 2.52 MW,

Stufe 7 2.91 MW,

Stufe 8 3.37 MW,

Stufe 9 4.0MW.

Bei der Vorbereitung der Inbetriebnahme des Elektrokessels sind folgende

Parameter zu kontrollieren:

und

der Wasserdurchsatz im Ölkühler,

die Öltemperatur im Ölkühler,

der Öldurchsatz im Ölkühler,

der Ölstand im Transformator,

die Öltemperatur im Transformator,

die Wicklungstemperatur des Transformators,

die Steuerspannung im Steuerschrank,

die Türüberwachnung des Elektrokessel Gehäuses,

die Heizrohrtemperatur des Elektrokessels,

der Differenzdruck über den Elektrokessel.

7.2 Füllstandregelung des Druckgefässes

Zur Regelung des Füllstandes im Druckgefäß wirkt das Signal der Füllstand-

messung über einen zugehörigen Regler auf das Regelventil in der Kondensat-

rücklaufleitung (vgl. Kap. 3.3). Mit Hilfe dieses Regelventils kann nun bis zum

Erreichen des Füllstandsollwertes Wasser aus dem ~ruckgefäß in den Abbla-

setank strömen. Während der Anfahrphase eines Versuches wird das Regel-

32

ventil manuell gesteuert und erst nach Erreichen des Füllstandsollwertes im

Druckgefäß auf automatische Regelung umgestellt.

7.3 Füllstandregelung im Separator

Die Füllstandregelung des Separators ist analog zur Füllstandregelung im

Druckgefäß aufgebaut. Auch diese Regelung arbeitet in der Anfahrphase zu-

nächst im Handbetrieb. Zur Inbetriebnahme der Umwälzpumpe muß der Sepa-

rator zunächst bis auf 60% des Maximalwertes aufgefüllt werden. Während

dieser Phase ist das Ventil in der Kondensatorablaufleitung geschlossen und

die Zuspeisung von Deionat aus dem Abblasetank auf einen konstanten Wert

eingestellt. Nach Erreichen dieses Sollwertes und Umstellung auf automatische

Regelung, wirkt diese dann auf das Ablaufventil hinter dem Separator.

Der untere Füllstandgrenzwert im Separator beträgt 30% des Maximalwertes

und sichert die Umwälzpumpe gegen "Trockenlaufen" ab. Eine Unterschreitung

des Grenzwertes führt automatisch zum Abschalten der Pumpe und des

Elektrokessels, sofern dieser noch in Betrieb ist.

7.4 Regelung der Einspeisewassermenge

Die Regelung der Einspeisewassermenge wird durch manuelles Einstellen des

Ventils hinter der Kesselspeisepumpe vom Blindschaltbild aus durchgeführt.

Zur Vermeidung von Kavitation in der Umwälzpumpe ist eine geringe

Unterkühlung am Einlauf der Pumpe einzuhalten. Die Unterkühlung wird durch

Differenzbildung aus zwei Temperaturen bestimmt. Dieser Wert wird als

Eingangsgröße für einen Regler benutzt, der die Einspeisemenge automatisch

regelt.

33

7.5 Füllstandregelung des Kondensatorbehälters

Der vorgeschriebene Füllstand im Kondensatorbehälter wird vor Versuchsbe-

ginn durch Handsteuerung der Auffüllpumpe eingestellt. Während des Versu-

ches erfolgt das Aufheizen und anschließende Ausdampfen des Behälters bis

zu einem vorgegebenen Wert. Durch Einschalten der Füllstandregelung im

Kondensatorbehälter ist eine Fahrweise möglich, bei der der abgeführte Dampf

durch nachgespeistes Wasser aus dem Abblasetank ersetzt wird. Dabei wirkt

die Füllstandregelung auf das Ventil in der Kesselspeiseleitung (vgl. Kap. 2.6).

7.6 Druckregelung im Primärsystem

Die Druckregelung des Primärsystems (Separator, Druckgefäß und dem dazu

gehörenden Rohrleitungssystem), wird durch Regelung des Dampfdrucks im

Separator bewirkt. Das Drucksignal erzeugt über einen Druckregler ein Aus-

gangssignal, das wiederum auf das Regelventil in der Dampfleitung (vgl. Kap.

2.5) wirkt. Nach SollwerteinsteIlung des Reglers und langsames Anheben des

Drucks während der Vorbereitungsphase, erfolgt dann die automatische Druck-

regelung.

7.7 Druckregelung im Kondensatorbehälter

Die Druckregelung des Kondensatorbehälters ermöglicht die Einstellung von

Drücken zwischen 0.1 und 1 MPa. Soll Umgebungsdruck im Kondensatorbehäl-

ter herrschen, ist die Regelarmatur freigeschaltet. In der Regel beginnt jeder

Versuch bei Umgebungsdruck und geschlossenem Regelventil.

34

8 Sicherheitseinrichtun

Die Versuchsanlage ist wie jede andere konventionelle Dampfkesselanlage,

gegen das Überschreiten der zulässigen thermischen- und hydraulischen Be-

triebsdaten abzusichern. Hierzu dient das Hoch- und Niederdruckabblasesy-

stem sowie eine redundant ausgeführte thermische und eine einfach ausge-

führte Durchfluß-Überwachung des Elektrokessels.

Das gesamte Hochdruck-System ist auf einen Betriebsdruck von 10 MPa aus-

gelegt und abgenommen. In der Dampfaustrittsleitung des Separators ist ein

Hochdruck-Sicherheitsventil angebracht, daß bei einen Öffnungsdruck von 9

MPa anspricht. Hierbei wird Dampf über eine Leitung mit Nennweite 80 mm in

den Abblasetank abgeblasen.

Das Niederdruck-System ist auf 1 MPa Betriebsdruck ausgelegt und wird durch

ein Sicherheitsventil in der Abdampfleitung hinter dem Kondensatorbehälter

gesichert. Der austretende Dampf oder das Wasser-Dampfgemisch wird über

eine Abblaseleitung der Nennweite 100 mm ebenfalls in den Abblasetank ein-

geleitet. Der Abblasetank ist drucklos und steht über eine nicht verschließbare

Leitung von 500 mm mit der Umgebung in Verbindung. In beiden Abblaselei-

tungen sind unmittelbar vor der Einleitung in den Abblasetank, Vakuumbrecher

eingebaut, die den Aufabu eines Unterdrucks in den Leitungen verhindern.

Der Elektrokessel ist mit einer zweifach ausgeführten Einzelrohr-Temperatur-

überwachung gegen thermische Überhitzung gesichert. Hierzu ist jedes

Heizrohr zur Erfassung der Rohraußenwandtemperatur mit zwei Thermoele-

menten bestückt. Die Regler sind auf eine Abschalttemperatur von 350 oe an der Rohraußeseite eingestellt. Spricht eine der 48 Überwachungseinheiten an,

wird die Stromversorgung des Kessels sofort unterbrochen. Weiterhin sind am

Eintritt- und Austrittsammler des Kessels Druckaufnehmer angebracht. Der

Druck im Eintrittsammler ist ebenfalls ein Abschaltkriterium für die gesamte

Versuchsanlage. Der eingestellte Grenzwert beträgt 8.6 MPa und soll die Um-

35

wälzpumpe gegen zu hohen Druck schützen (max. 9.2 MPa). Der Differenz-

druck über den Ein- und Austrittsammler wird aus beiden Druckwerten ermittelt

und mit einem Grenzwert (1 MPa), der als Indikator für Wassermangel dient,

verglichen. Bei dessen Unterschreiten wird automatisch eine Kesselabschal-

tung eingeleitet. Weiterhin bewirken die "NOT-AUS"-Schalter eine sofortige

Abschaltung mit Verriegelung des 10 kV-Schalters in der 10 kV/ 6 kV Trafo-

Station.

36

9 eßtechnik

Zur Erfassung der thermohydraulischen Vorgänge ist die NOKO-Versuchsan-

lage mit einer umfangreichen Meßinstrumentierung ausgestattet. Hierzu wer-

den die physikalischen Größen wie Temperaturen, Drücke, Differenzdrücke,

Massenströme, Füllstände und Inertgaskonzentrationen gemessen und zur

späteren Analyse in der Meßwerterfassungsanlage gespeichert. Alle Meß-

wertaufnehmer sind mit Meßumformern ausgerüstet, die die Signale in der von

der Datenerfassung benötigten Form bereitstellen. Weiterhin sind diverse

Komponenten des Versuchsstandes mit Meßsstelien zur Anlagenregelung und

-steuerung versehen.

Der Schwerpunkt der Instrumentierung liegt im Bereich des Druckgefäßes, dem

zu testenden Ausschnitt des Notkondensatorbündels und der Sekundärseite

des Kondensatorbehälters. Die Lage sämtlicher Meßstellen, bis auf die

Thermoelemente im Kondensatorbehälter, ist Bild 14 zu entnehmen. Die

gen aue Lage der Thermoelemente im Kondensatorbehälter zeigen die Bilder

15 und 16 (vgl Kap. 9.1). Sämtliche Meßstelien des Versuchsstandes sind mit

Angabe des Meßbereichs, der Meßgenauigkeit, sowie deren Ausgangssignal in

Tabelle 1 aufgelistet. Die Kennzeichnung der Meßstelien besteht aus einer aus

maximal zwei Buchstaben und zwei Zahlen zusammengesetzten Kodierung.

Der bzw. die Buchstaben haben die folgende Bedeutung:

T Temperaturmeßstelle,

P Druckmeßstelle,

PD Differenzdruckmeßstelle

und

L Füllstandmeßstelle.

37

Tabelle 1: Meßstelienliste.

NOTKONDENSATOR-VERSUCHSSTAND Stand:

Meßstelienliste 08/02/1996

Meßstelle Meßgeber Reg istrierung

Ifd. Bez. Ein- Beschreibung Typ Sensor Nr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warlen- Punkt- Dalen-Nr. heit bereich weichung abweichung Anzeige drucker, erf.

(Hersteller- % Kanal Kanal angabe) I

Pl.1A MPa Druck nach Elektrokessel SMAR; LD 301 M511-VOOO-B1 O-Z 18594 25MPa 0-10 MPa 0,10% 0,05 x 1

Pl.1B MPa Druck nach Elektrokessel HBM PE 200 G38678 10 MPa 0-10MPa 0,20% x 106 I

P1.2 MPa Druck vor Elektrokessel HBM PE 200 G 38670 10 MPa 0-10MPa 0,20% x 100

PD1.1A MPa Differenzdruck über Elektrokessel x 101

PD1.1B MPa Differenzdruck über Elektrokessel Hartmann +Braun 79427 10 MPa 0-10 MPa 0,20% x 110

T1.1-24 oe Temp. Überw. 24 E-Kessel-Heizrohre HEREAUS,Typ K, 1.5 mm 1100 oe 0-400 oe l,5K (x)

Ul kV Spannung am Elektrokessel Hartmann + Braun 0-6 kV (x)

11 A Strom am Elektrokessel eewe, pe 641 0-400 A (x)

PEL MW Leistung nach 6 KV-Trafo 0-4000 KW 0,20% x 102

T1.25 oe Gemischtemperatur n. Elektrokessel HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0- 400 oe 1,5 K x 2 104

Tl.26 oe Temperatur Separatorablauf HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5 K 6

Tl.27 oe Temperatur nach Mischer HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5 K 7 105

Tl.28 oe Temperatur hinter Umwälzpumpe HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 1100 oe 0- 400 oe l,5K 85

Tl.29 oe Temperatur v.d. H D-Abblasedüse HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 1100 oe 0-400 oe 1,5 K 117

DTU K Temperaturdifferenz Tl.25 - Tl.27 0-50 K l,5K x 18 109

PD1.2 MPa Differenzdruck über Düse SMAR; LD 301 D211-VOOO-B11 40803 1 MPa 0-200 kPa 0,4 103

L1.1 MPa Füllstand Separator SMAR; LD 301 D211-VOOO-Bl O-Z 32822 50 kPa -20 -0 kPa 0,10% 0,06 x 3 108 - -- - -

38

Tabelle 1: Meßstelienliste (Fortsetzung).

NOTKONDENSATOR-VERSUCHSSTAND Stand: Meßstelienliste 08102/1996

Meßstelle Meßgeber Reg istrierung lId. Bez. Ein- Beschreibung Typ Sensor Nr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warten- Punkt- Daten-Nr. heit bereich weichung abweichung Anzeige drucker, er!.

(Hersteller· % Kanal Kanal angabe)

P1.3 MPa Druck im Separator SMAR; LD 301 M511-VOOO-Bl O-Z 29813 25MPa 0-10MPa 0,10% 0,06 x 89

P1.4 MPa Druck vor Dampfeintrittsdüse SMAR; LD 301 M511-VOOO-Bl O-Z 25602 25MPa 0-10MPa 0,10% 0,05 x 8 86

P1.5 MPa Druck v.d. HD-Abblasedüse SMAR; LD 301 M511-VOOO-Bl O-Z 25602 2,5MPa 0-2,5 MPa 0,10% x 116

PD1.3A MPa Diff.druck über Dampfeintr.düse SMAR; LD301 D211-VOOO-B1 O-Z 30614 50 kPa 0-20 kPa 0,10% 0,05 x 4 87

PD1.3B MPa Diff.druck über Dampfeintr.düse SMAR; LD 301 Dlll-VOOO-Bl O-Z 31863 50 kPa 0-5 kPa 0,10% 0,05 88

PD1.4 MPa Diff.druck über HD-Abblasedüse SMAR; LD 301 021 I-VOOO-Bl O-Z 2,5MPa 0-50 kPa 0,10% x 115

T2.01 oe Temperatur im Druckgefäß Pos. 01 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5K x 9 1

T2.02 oe Temperatur im Oruckgeläß Pos. 02 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0- 400 oe 1,5 K 2

T2.03 oe Temperatur im Druckgefäß Pos. 03 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5 K 3



T2.06 oe Temperatur im Druckgefäß Pos. 06 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe l,5K 6

T2.07 oe Temperatur im Druckgefäß Pos. 07 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5K 7




T2.11 oe Temperatur im Druckgefäß Pos. 11 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5 K 11 - -

39

Tabelle 1: Meßstellenliste (Fortsetzung).


Meßstellenliste 08/02/1996

Meßstelie Meßgeber Reg istrierung

lid. Bez. Ein- Beschreibung Typ SensorNr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warten- Punkt- Daten-Nr. heit bereich weichung abweichung Anzeige drucker, ert.anl

., (Hersteller- % Kanal Kanal

angabe)


L2.1 MPa Füllstand im Druckgefäß SMAR; LD 301 D311-VOOO-B10-Z 32927 250kPa (-)120 - OkPa 0,10% 0,06 x 10 90

P2.1 MPa Druck a.d. Durchflußdüse z. Notkon. SMAR; LD 301 M511-VOOO-B10-Z 29814 25MPa 0-10MPa 0,10% 0,05 x 91

PD2.1 MPa Diff.druck über Durchflußdüse SMAR; LD 301 D111-VOOO-B10-Z 31861 5kPa 0-2 kPa 0,10% 0,05 x 11 92

T2.13 oe Temperatur n.d. Durchflußdüse HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5K x 1 13

T2.14 oe T emp. in Kondensatrückl. Pos. 1 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5 K 14

T2.15 oe T emp. in Kondensatrückl. Pos. 2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5 K 15

T2.16 oe T emp. in Kondensatrückl. Pos. 3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5K 16

T2.17 oe Temp. in Kondensalrückl. PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-400 oe 1,5 K x 17

PD2.2 MPa Diff.druck Ld. Leitung z. Dampfvert. SMAR; LD 301 D211-VOOO-B10-Z 31778 50 kPa 0-50 kPa 0,10% 0,05 x 93

PD2.3 MPa Dilf.druck über Kondensator SMAR; LD 301 D211-VOOO-B10-Z 32251 50 kPa 0-40 kPa 0,10% 0,03 x 12 94

PD2A MPa Diff.druck Ld. Leitung n. Kond.Sammler SMAR; LD 301 D211-VOOO-B10-Z 38226 50 kPa 0-40 kPa 0,10% 0,05 x 95

PD2.5 MPa Diff.druck über Mischer SMAR; LD 301 D211-VOOO-B10-Z 31779 50 kPa 0-20 kPa 0,10% 0,05 x 5 96

T3.A1 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneNPos.l HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 18

T3.A2 oe Temp. L Kond.behält. EbeneNPos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 19

T3.A3 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneNPos.3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K 20 -----_1...

40


NOTKONDENSATOR-VERSUCHSSTAND Stand: Meßstellenliste 08/02/1996

Meßstelle Meßgeber Reg istrierung

Ifd. Bez. Ein- Beschreibung Typ Sensor Nr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warten- Punkt- Daten-Nr. heil bereich weichung abweichung Anzeige drucker, ert.anl


angabe)

T3.A4 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneA/PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 21

T3.A5 oe Temp. i. Kond.behäll. EbeneA/Pos.5 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K 22

T3.A6 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneA/Pos.6 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 23

T3.A7 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneA/Pos.7 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 24

T3.B1 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneB/Pos.1 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K 25

T3.B2 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneB/Pos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 26


T3.B4 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneB/PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K 28






T3.BO oe Temp. i. Kond.behält. EbeneB/Pos.O HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K 34

T3.e1 oe Temp. i. Kond.behält. Ebenee/pos.1 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 35

T3.e2 oe Temp. i. Kond.behält. Ebenee/pos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K 36 .. _ .... _ ........ _ .... _- - ._----- _ .. _------- ---

41



Meßsteileniiste 08/02/1996

Meßstelie Meßgeber Registrierung

lId. Bez. Ein- Beschreibung Typ Sensor Nr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warten- Punkt- Daten-Nr. heit bereich weichung abweichung Anzeige drucker, ert.anl


angabe)

T3.C3 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneC/Pos.3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C l,5K 37

T3.C4 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneC/Pos4 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C l,5K 38

T3.C5 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneC/Pos5 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C 1,5 K 39

T3.C6 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneC/Pos.6 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C 1,5K 40

T3.C7 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneB/Pos.7 H EREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C 1,5 K 41

T3.D1 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneD/Pos.1 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0- 200°C l,5K 42

T3.D2 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneD/Pos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C 1,5 K 43

T3.D3 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneD/Pos.3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C l,5K 44

T3.D4 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneD/PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C 1,5 K 45




T3.DS °C Temp. i. Kond.behält. EbeneD/Pos.S HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C l,5K 49


T3.DO °C Temp. i. Kond.behält. EbeneD/Pos.O HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C 1,5 K 51

T3.E1 °C Temp. i. Kond.behält. EbeneE/Pos.l H EREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100°C 0-200°C 1,5 K 52 -------- --------_ .. - ------42

Tabelle 1: Meßstellenliste (Fortsetzung).

NOTKONDENSATOR-VERSUCHSSTAND Stand: Meßstelienliste 08/02/1996

Meßstelie Meßgeber Registrierung lId. Bez. Ein- Beschreibung Typ SensorNr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warten- Punkt- Daten-Nr. heil bereich weichung abweichung Anzeige drucker, erf.anl

., (Hersteller· % Kanal Kanal

angabe)

T3.E2 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneE/Pos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 53

T3.E3 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneE/Pos.3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 0 e 0-200 oe 1,5 K 54

T3.E4 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneE/PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 55


T3.E6 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneE/Pos.6 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 57


T3.Fl oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.l HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 59

T3.F2 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 0 e 0-200 oe l,5K 60

T3.F3 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 61

T3.F4 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 62

T3.F5 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.5 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 0 e 0-200 oe 1,5 K 63

T3.F6 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.6 H EREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 64

T3.F7 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.7 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0- 200 oe l,5K 65

T3.F8 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.8 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 66

T3.F9 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.9 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 67

T3.FO oe Temp. i. Kond.behält. EbeneF/Pos.O HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 68 - ------ -----_ .. ---_ .. _ .. _--- ---------- -- ____ L .... ____ ___ 1 __ -

43



Meßstelienliste 08/02/1996

Meßstelle Meßgeber Registrierung

lId. Bez. Ein- Beschreibung Typ SensorNr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warten- Punkt- Daten-Nr. heil bereich weichung abweichung Anzeige drucker, erl.anl

., (Hersteller· % Kanal Kanal

angabe)

T3.Gl oe Temp. i. Kond.behäll. EbeneG/Pos.1 H EREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 69

T3.G2 oe Temp. i. Kond.behäll. EbeneG/Pos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 70

T3.G3 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneG/Pos.3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 71

T3.G4 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneG/PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K 72

T3.G5 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneG/Pos.5 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 73



T3.Hl oe Temp. i. Kond.behält. EbeneH/Pos.1 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 76

T3.H2 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneH/Pos.2 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 77

T3.H3 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneH/Pos.3 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 78

T3.H4 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneH/PosA HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 79

T3.H5 oe Temp. i. Kond.behäll. EbeneH/Pos.5 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 80

T3.H6 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneHPos.6 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe l,5K 81

T3.H7 oe Temp. i. Kond.behält. EbeneH/Pos.7 HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5 K 82

P3.1 MPa Druck i. Abdampfleilung n. Kondbeh. SMAR; LD 301 M411-VOOO-Bl0-Z 33535 2.5MPa 0-1 MPa 0,10% 0,02 x 13 97 I

P3.2 MPa Druck v.d. ND-Abblasedüse SMAR; LD 301 M411-VOOO-B1 O-Z 2.5MPa 0-1 MPa 0,10% 0,02 119 _._-- -~

44


NOTKONDENSATOR-VERSUCHSSTAND Stand: Meßstellenliste 08/02/1996

Meßstelie Meßgeber Registrierung Itd. Bez. Ein- Beschreibung Typ Sensor Nr. Meßspanne Kalibrier- Meßab- Kalibrier- Warten- Punkt- Daten-Nr. heil bereich weichung abweichung Anzeige drucker, ert.anl


angabe)

T3.1 oe Temp. i. Abdampfleitung n. Kondbeh. HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-200 oe 1,5K x 14 83

T3.3 oe Temp. V.d. ND-Abblasedüse HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 1100 oe 0-400 oe 1,5K 120

L3.1 MPa Füllstand i. Kondensatorbehälter SMAR; LD 301 D211-VOOO-B1 0-2 32820 50 kPa (-)20 -0 kPa 0,10% 0,03 x 15 98

T3.2 oe Temp. V.d. Auffülldüse HEREAUS, Typ K, 1.5 mm 37516615 1100 oe 0-100 oe 1,5 K 84

PD3.1 MPa Dill.druck über Auftülldüse SMAR; LD 301 D311-VOOO-B1 0-2 32925 250 kPa 0-20 kPa 0,10% 0,02 x 16 99

PD3.2 MPa Ditf.druck über ND-Abblasedüse 250 kPa 0-50 kPa 0,10% x 118

P3.A MPa Dyn. Druck i. Kond.beh., Ebene A Sensotec A-1 05 23315 1 MPa 0-1 MPa 1% 0,42 111 I

P3.B MPa Dyn. Druck i. Kond.beh., Ebene B Sensotec A-l 05 23317 1 MPa 0-1 MPa 1% 0,44 112

P3.e MPa Dyn. Druck i. Kond.beh., Ebene e Sensotec A-1 05 23319 1 MPa 0-1 MPa 1% 1,25 113

P3.D MPa Dyn. Druck i. Kond.beh., Ebene D Sensotec A-l 05 23320 1 MPa 0-1 MPa 1% 0,26 114

PD4.1 MPa Ditf.druck über Kesselspeisew.blen. SMAR; LD 301 D311-VOOO-Bl0-2 G29476 250 kPa 0-200 kPa 0,10% 0.06 x 17 107

T4.1 oe Temperatur nach Kühlwasserpumpe Burster, PT 100 0-200 oe 0-100 oe 1%

T4.2 oe Temperatur für Kühlwasserregler Sauter, EGT 342F A1712e 200 Ohm 0-100 oe 1%

T4.3 oe Temperatur nach Wärmeübertrager Burster, PT 100 0-200 oe 0-100 oe 1%

L4.1 m Füllstand im Abblasetank 0-2m 1%

45

Die erste Zahl hinter dem bzw. den Buchstaben kennzeichnet die

Zugehörigkeit einer Meßstelie zum jeweiligen Kreislauf bzw. Teilsystem des

Versuchsstandes und hat die nachfolgend aufgeführte Bedeutung:

1 Elektrokessel-Kreislauf,

2 Druckgefäß und Notkondensatorrohrleitung,

3 Kondensatorbehälter (inkl. Kondensatorzulauf- und Kondensa-

torablaufleitung) ,

4 Deionatversorgung des Versuchsstandes und Kühlkreislauf,

5 Flußwassersystem.

Die zweite Zahl ist durch einen Punkt von der ersten getrennt und numeriert

die Meßstelien im jeweiligen Kreislauf oder Teilsystem. Nachfolgend wird

nun die Messung der einzelnen Parameter detailliert beschrieben.

9.1 Temperaturmessung

Temperaturmessungen im NOKO-Versuchsstand erfolgen zur Überwachung

der Versuchsanlage und zur Ermittlung

der Betriebszustände,

des vertikalen Temperaturprofiles im Druckgefäß

und

der Temperaturverteilung im Kondensatorbehälter.

Im Kondensatorbehälter werden die Temperaturen in 8 Ebenen A - H ge-

messen. In den Ebenen A, C, E, G und H sind die Positionen 1 - 7, in den

übrigen Positionen die Ebenen 0 - 9 mit Thermoelementen bestückt (vgl. Bild

9.2 und 9.3). Alle Temperaturmessungen werden mit Thermoelementen vom

Typ K NiCr-Ni ausgeführt. Generell handelt es sich hierbei Mantelthermo-

elemente mit einem Durchmesser von 1.5 mm und einem Mantelmaterial aus

Edelstahl (Werkstoff-Nr.: 1.4541). Sämtliche Meßstelien sind gegen den

46

Mantel isoliert. Die Toleranz der abgegebenen. Thermospannung entspricht

DIN-Norm 43710. Der Anschluß der Ausgleichsleitung erfolgt mit einer zwei-

poligen LEMO-Steckverbindung der Größe 1. Stifte und Buchsen dieser

Steckverbindung sind vergoldet.

4985

~ ~ ____________________ (~5~04~OL) __________________ ~~~4~90~

--~----~-----~-----~----~-----~----~ I I I I I I I 1 1 1

~~~~~;;;;;;;;~~~;;~::::~::::::~::::~]:-=-~-~-:1~: -----..J.---14 --- - -"13"

[11~~~$.;:~~~;;:;;~~~~~~-=-=-=:=-=-=-=-":r ----i 2

o ® @ ® ® ® @

Bild 15: Position der Thermoelementebenen A-H im Kondensatorbehälter.

900

400

600 600

Bild 16: Position der Thermoelemente in den Meßebenen.

47

9.2 Druck .. und Differenzdruckmessung

Druck- und Differenzdruckmessungen erfolgen zur Überwachung der

Versuchsanlage, zur Ermittlung

und

von Betriebszuständen in der Versuchsanlage,

des Druckverlustes in der Kondensatorzulauf-, der Kondensator-

ablaufleitung und über das Kondensator-Rohrbündel

möglicher Druckoszillationen im Kondensatorbehälter.

Die Messung der Drücke wird mit Hilfe von Druckaufnehmern des Herstellers

SM AR realisiert. Eine Ausnahme bilden die beiden Druckmessungen am

Elektrokessel, die gleichzeitig auch für eine elektrische Differenzbildung her-

angezogen werden. Diese Druckmeßstelien bestehen aus Druckaufnehmern

des Herstellers HBM und einem Differenzverstärker von H&B. Die Messung

der dynamischen Drücke im Kondensatorbehälter erfolgt mit Membrandruck-

aufnehmern des Herstellers Sensotec.

Die Druckaufnehmer des Herstellers SMAR besitzen eine Trennmembran

(Bartonzelle), die einseitig gegenüber der Umgebung geöffnet sind. Hiermit

wird der Überdruck zur Umgebung gemessen. Bei den Differenzdruckmes-

sungen hingegen wird die Trennmembran beidseitig mit Prozeßgrößen be-

aufschlagt.

Die Druckaufnehmer des Herstellers HBM (Typ DIGIBAR) arbeiten nach

dem Prinzip der DMS-Meßbrücke. Die durch den Prozeßdruck verursachte

Verformung der Meßmembran wird mittels Dehnungsmeßstreifen gemessen.

Die Geräte haben eine "vor Ort" Anzeige und bilden mit ihren Grenz-

werteinsteIlungen ein wichtiges Glied in der Sicherheitskette des Elektro-

kesseis. Gemessen wird der Druck am Ein- und Austrittssammler des Elek-

trokessels. Der nachgeschaltete H&B Differenzverstärker bildet aus den

Stromsignalen ein Differenzsignal, das dem Differenzdruck über dem Elek-

48

trokessel entspricht. Dieser Differenzdruck wird im Betrieb kontinuierlich mit

einem Grenzwert verglichen, dessen Unterschreiten zur Abschaltung des

Elektrokessels führt.

9.3 Durchflußmessung

Durchsatzmessungen erfolgen im NOKO-Versuchsstand zur Bestimmung

und

der Umlaufmenge im Elektrokessel-Kreislaufes,

der dem Druckgefäß zugeführten Dampfmenge,

der dem Kondensator zugeführten Dampfmenge (d.h. zur Leistungs-

bestimmung des Notkondensators),

der dem Kondensatorbehälter zugeführten Wassermenge,

der aus dem Primär- und Sekundärsystem abgeblasene Dampf-

mengen

der dem Hochdrucksystem zugeführten Deionatmenge.

Bei den Durchflußmessungen wird der Differenzdruck über eine Normblende

bzw. eine Normdüse gemessen. Die Druckmessung geschieht mit Hilfe der

bereits oben beschriebenen Druckaufnehmer des Herstellers SMAR.

9.4 Füllstandmessung

Füllstandmessungen erfolgen in der NOKO-Versuchsanlage zur Ermittlung

des Füllstandes

und

im Seperator,

im Druckgefäß,

im Kondensatorbehälter

49

im Abblasetank.

Die Meßstelien für die hydrostatische Füllstandmessung im Separator, im

Druckgefäß und im Kondensatorbehälter sind nach dem gleichen Meßprinzip

aufgebaut. Die Druckdifferenz der Fluidsäulen im Behälter und in der Ver-

gleichssäule werden hierbei mit Druckaufnehmern des Herstellers SMAR

aufgenommen. Die Meßbereiche der Aufnehmer sind den unterschiedlichen

Höhen der Behälter angepasst.

9.5 Leistungsmessung

Die Messung der elektrischen Leistung des Elektrokessels erfolgt auf der

Sekundärseite des Elektrokessel-Schalttransformators. Da die direkt beheiz-

ten Rohre des Elektrokessels eine symmetrische Last in Sternschaltung bil-

den, ist eine einphasige Messung zur Leistungsbestimmung ausreichend.

Die Ausgangsspannung des Transformators von 80 - 140 V wird einem

Wirkleistungsmeßgerät (Anschluß nach DIN 43807 Nr. 4251) direkt zuge-

führt. Die Strommessung ist durch einen hochpräzisen Stromwandler reali-

siert. Dieser wird direkt um das Stromschienenpaket einer Phase montiert

und ist durch Antimagnetisches Metall gegen magnetische Störfelder abge-

schirmt. Da der Widerstand in der Stromschleife durch die Messung nur um

10 Q erhöht wird, kann eine Erwärmung durch den Strom ausgeschlossen

werden. Die hier eingesetzte Kombination von Stromwandler und Wirklei-

stungsmeßgerät erreicht eine Gesamtgenauigkeit von 0.2 % des Endwertes.

Das Normausgangssignal dieser Messung besitzt eine Stromstärke von 0 -

20 mA. Hierbei entsprechen 20 mA einer Transformatorleistung von 4 MW.

50

10 Datenerfassun und ... visualisie-

rung

Sämtliche Meßwerte werden mit Hilfe einer zentralen Datenerfassungsan-

lage der Firma Hewlett-Packard (Typ HP 3852S) aufgenommen und gespei-

chert. Weiterhin werden die zur Einstellung aller Versuchsparameter not-

wendigen Anzeigen in einem Blindschaltbild angezeigt und zusätzlich eine

Auswahl von Meßgrößen mit einem Multireg-Punktdrucker erfaßt, so daß der

Versuchsablauf kontinuierlich verfolgt werden kann.

Auch das Frontend-Gerät der Datenerfassungsanlage, ein programmierba-

res Datenerfassungssystem, stammt von Hewlett-Packard (Typ HP 3852A).

Es besteht aus einem Gehäuse mit integriertem Voltmeter und insgesamt 7

Scannerkarten mit jeweils 20 Meßeingängen. Die ersten fünf Scannerkarten

sind für die Messung von Thermospannungen vorgesehen. Bis auf die im

Blindschaltbild angezeigten Temperaturmeßwerte, sind alle weiteren Ther-

moelemente direkt mittels Ausgleichsleitungen an die Datenerfassungsan-

lage angeschlossen. Auf jeder der fünf Temperaturmeßkarten ist eine elek-

trische Thermoelementvergleichsstelle zur Nullpunktkompensation angeord-

net, deren Ausgleichsleitung bis zum Anschlußblock der zugehörigen Scan-

nerkarte geführt ist.

Die Thermoelemente, deren Werte im Blindschaltbild angezeigt werden, sind

mit einer Meßumformer-Karte, die mit einer Thermoelementvergleichsstelle

ausgerüstet ist, verbunden. Mit Hilfe dieser Karte wird die Thermospannung

in Abhängigkeit vom Meßbereich in ein genormtes Stromsignal mit Werten

zwischen 4 - 20 mA umgewandelt. Über eine nachgeschaltete Meßadapter-

karte steht dann das umgewandelte Signal für weitere Bearbeitungsschritte

(z.B. Umformung im Meßwertrechner, Speicherung in der Meßwerterfas-

sungsanlage, Anzeige oder Protokollierung auf einem Schreiber) zur Verfü-

gung. Bis auf die direkt angeschlossenen Thermoelemente müssen sämt-

liche andere Meßgrößen (Temperaturen des Blindschaltbildes, Drücke, Dif-

51

ferenzdrücke, Kesselleistung) als Spannungen vorliegen. Hierzu werden die

Stromsignale mittels einer Strom-Spannungsumsetzung, die in Form eines in

die Eingangsbuchse der Anschlußplatte eingelöteten 10 Q Widerstandes

realisiert ist, in Spannungen umgewandelt. .

Die Karten 6 und 7 dienen zur Aufnahme der Signale der übrigen Meßgeräte

(z.B. Druck-, Differenzdruck- und Leistungsmessung). Sie sind bis auf die

Temperaturvergleichsstelle baugleich zu den ersten fünf Karten. Die Meßge-

räte, bei denen Meßwertaufnehmer und -wandler in einem Gerät integriert

sind, liefern je ein Ausgangssignal zwischen 4 - 20 mA, daß anschließend

wieder in eine Spannung umgewandelt wird (s.o.).

Neben der Erfassung der Meßdaten ermöglicht die Datenerfassungsanlage

weiterhin die Darstellung, Umrechnung und Verarbeitung der registrierten

Werte. Diese können Online auf dem Monitor (z.B. in Tabellenform, in einer

Prinzipskizze der Versuchsanlage, als Zeit- oder beliebige andere Plots)

dargestellt werden. Hierzu dient das Softwarepaket DIA/DAGO [GFS-941,

GFS-942] der Gesellschaft für Strukturanalyse (GfS) aus Aachen, das auf

dem zur Erfassungsanlage gehörenden Rechner installiert ist.

52

Literaturverzeichnis

[GFS-941] "Handbuch DIA - Version 5", Gesellschaft für Strukturanalyse

(GfS), Aachen, 1994.

[GFS-942] "Handbuch DAGO - Version 5", Gesellschaft für Strukturanaly-

se (GfS), Aachen, 1994.

[HIC-95] E. F. Hicken, H. Jaegers, A. Schaffrath. "The Study oi Eiiective-

ness oi the Emergency Condenser oi the BWR 600/1000 in the

NOKO Test Faci/ity, IAEA Technical Committee Meeting "Pro-

gress, Design, Research and Developement and Testing of

Safety Systems for Advanced Water Cooled Reactors", Piacen-

za 16. - 19. Mai 1995.

[PAC-951] C. Palavecino, K. D.Werner, J. Wolters, K.-H. Escherich.

"NOKO - Ein thermodynamischer Versuchsstand zum Testen

passiver Komponenten", Jahrestagung Kerntechnik, Nürnberg,

17. - 19. Mai 1995.

[PAC-952] C. Palavecino. "The Dimensioning oi the Emergency Con-

denser and Passive Press ure Pulse Transmitters, IAEA

Technical Committee Meeting "Progress in Design, Research

and Developement and Testing of Safety Systems for Ad-

vanced Water Cooled Reactors", Piacenza 16. - 19. Mai 1995.

53

iSSN 0944-2952

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Institut für Sicherheitsforschung und Reaktortechnik · Kurzfassun Der SWR600/1000 ist ein neues innovatives Siedewasserreaktorkonzept, das von der Siemens AG entwickelt wird. Dieses